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1、第24卷第2期实验室研究与探索Vol.24No.22005年2月RESEARCHANDEXPLORATIONINLABORATORYFeb.2005运算放大器做电压比较器的实验探讨张明述(宁波大学科学与技术学院,浙江宁波315020)摘要:就运算放大器做电压比较器实验观察到的一些现象进行分析讨论,力图通过实验中观察到与理想情况出现差别的现象的分析,阐明原因,找出解决办法,加强理论和实验的联系,提高学生实验能力。关键词:运算放大器;电压比较器;电压传输特性中图分类号:G424.31文献标识码:B文章编号:100627167(2005)022003
2、9203ApplicationofIntegratedCircuitOperationalAmplifierasVoltageComparators:anExperimentalInvestigationZHANGMing2shu(CollegeofScience&Technology,NingboUniversity,Ningbo315020,China)Abstract:Basedontheanalysisofsomephenomenaobservedwhenapplyingintegratedcircuitoperationalampli
3、fierasvoltagecomparators,thispapertriestopresentsomecausesandfindoutasolutionbyfurtheranalysingtheobserveddeviationsfromtheories;thustostrengthentherelationshipbetweentheoryandexperimentandtoimprovestudents’expereimentalcapabilitiesKeywords:operationalamplifier;voltagecompar
4、ators;voltagetransfercharacteristics集成运算放大器是一种高性能的直流放大器,应择,提高学生分析问题和解决问题的能力;加深对理论用极其广泛。模拟电路实验中,学习讨论运算放大器的掌握,提高学生实验能力。的使用也是很重要的内容。在电压比较器电路中,集图1给出了一个基本单限比较器,运放块选用成运算放大器工作在非线性区,对输入的模拟信号进uA741。输入信号Ui,即待比较电压,它加到同相输入行鉴别和比较,而输出高电平或低电平。本文就运放端“+”,在反相输入端“-”接一个参考电压(门限电块uA741,LM324,OP07
5、等通用运算放大器和集成电压平)Ur。当输入电压Ui>Ur时,输出为高电平UOH。比较器做电压比较器实验观察到的一些现象进行分图1(b)为其电压传输特性。析,讨论,力图通过实验中现象的分析,元件的不同选图1实验中Ui取正弦波信号,Ui=8Sinωt伏,Ur=关。当频率为200Hz时,ΔU约为0.4伏;当频率减小,0V,得到的电压传输特性有一小小的滞回,如图1(c)。ΔU减小,频率为50Hz时,ΔU约为0.1伏;当频率增这是为什么呢?实验中观察到ΔU与信号频率大小有加,ΔU也增加。频率过大,741工作受限,电压比较器理论不成立。我们看不到规则的滞回
6、线。因此,该实收稿日期:2004209227验信号频率不能太大。作者简介:张明述(1963-),男,重庆人。实验师.主要从事大学物图2(a)是一个迟滞比较器电路,人们所熟悉的理,电子电路实验教学和实验仪器维修。Tel:1336245802340实验室研究与探索第24卷“史密特”电路即是有迟滞的比较器。图2(b)为迟滞比较器的传输特性。迟滞比较器又可理解为加正反馈的单限比较器。前面介绍的单限比较器,如果输入信号Ui在门限值附近有微小的干扰,则输出电压就会产生相应的抖动(起伏)。在电路中引入正反馈可以克服这一缺点。由于正反馈的引入使得741“+”端
7、的电位随Uo的变化而有两个显著不同的值,因而电压传输特性的滞回明显,抗干扰能力就强。显然,迟滞比较器的稳定性好。理论和实验表明随着Rf的增大,U上下限的差值ΔU减小。当Rf取无穷大时,即回到单门限比较器。这表明没有反馈时,741内部结构也使得在不同的输出电压下,741“+”端的电位略有不同。因而单门限比较器的图2电压传输特性也有一小小的滞回。图3(a)是由两个741组成一个窗口比较器。若比实验中的得到的电压传输特性如图4,这是由于较信号电压Ur1>Ur2,当被比较的信号电压Ui位于门窗口比较器相当于两个简单电压比较器构成。窗口两限电压之间时(U
8、r2Ur1或
